• Composites Research
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• 제36권4호
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• pp.259-263
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• 2023

This study investigated the open hole tensile (OHT) properties of carbon fiber/epoxy composites and compared them to bolt joint tensile (BJT) properties. The net nominal modulus and strength (1376 MPa) were found to be higher than the gross nominal strength (1041 MPa), likely due to increasing hole size. The OHT and BJT specimens exhibited similar stiffness, as expected without bolt rotation causing secondary bending. OHT specimens experienced a sharp drop in stress indicating unstable crack propagation, delamination, and catastrophic failure. BJT specimens failed through shear out on the bolt side and bearing failure on the nut side, involving fiber kinking, matrix splitting, and delamination, resulting in lower strength compared to OHT specimens. The strength retention of carbon fiber/epoxy composites with open holes was 66%. Delamination initiation at the hole's edge caused a reduction in the stress concentration factor. Filling the hole with a bolt suppressed this relieving mechanism, leading to lower strength in BJT specimens compared to OHT specimens. Bolt joint efficiency was calculated as 15%. The reduction in strength in bolted joints was attributed to fiber-matrix splitting and delamination, aligning with Hart Smith's bolted joint efficiency diagram. These findings contribute to materials selection and structural reliability estimation for carbon fiber/epoxy composites. They highlight the behavior of open hole and bolt joint configurations under tensile loading, providing valuable insights for engineering applications.

• Steel and Composite Structures
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• 제36권4호
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• pp.447-462
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• 2020

The paper aims to investigate the mechanical mechanism and seismic effect of stiffeners in blind bolt endplate connection to CFST column. A precise 3D finite element model with considering the cyclic properties of concrete and steel materials was established, and the efficiency was validated through monotonic and cyclic test data. The deforming pattern and the seismic performance of the unstiffened and stiffened blind bolt endplate connections were investigated. Then a parametric analysis was conducted to analyze the contribution of stiffeners and the joint working behaviors with endplate under cyclic load. The joint stiffness classifications were compared and a supplement stiffness classification method was proposed, and the energy dissipation ability of different class connections were compared and discussed. Results indicated that the main deformation pattern of unstiffened blind bolt endplate connections was the local bending of end plate. The vertical stiffeners can effectively alleviate the local bending deformation of end plate. And influence of stiffeners in thin endplate and thick endplate was different. Based on the stiffness of external diaphragm welded connection, a more detailed rigidity classification was proposed which included the pin, semi-rigid, quasi-rigid and rigid connection. Beam was the main energy dissipation source for rigid connection. For the semi-rigid and quasi-rigid connection, the extended endplate, stiffeners and steel beam would all participate in the energy dissipation.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제13권9호
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• pp.4277-4283
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• 2012

고장력볼트 마찰이음에서 접촉면의 표면상태에 따라 다양한 값을 갖는 미끄러짐계수는 볼트의 축력과 미끄러짐하중에 의해 결정되어진다. 또한 접촉면적은 미끄러짐하중에 영향을 미치게 되므로 볼트구멍에 따라 변하는 접촉면적은 미끄러짐계수와 상관관계를 갖게 된다. 본 연구에서는 부재의 종류, 볼트의 직경 및 볼트구멍의 크기에 따른 미끄러짐계수와 미끄러짐하중의 변화를 파악하기 위하여 32개의 시험편을 제작하여 휨시험 및 인장시험을 실시하였다. 과대볼트구멍으로 제작된 시험편의 미끄러짐하중은 표준볼트구멍으로 제작된 미끄러짐하중의 80%이상의 강도를 발휘하였으며 설계 미끄러짐강도를 상회하였다. 또한 과대볼트구멍으로 제작된 시험편과 표준볼트구멍으로 제작된 시험편의 순단면적비와 미끄러짐비간에는 상당한 상관성을 가지는 것으로 나타났다. 그러나 시험결과가 각 시험체에 따라 다소의 차이를 보이는 것은 미끄러짐계수의 중요한 파라메타인 고장력볼트의 도입축력이 감소하기 때문인 것으로 판단된다. 볼트구멍 크기의 증가는 미끄러짐 계수 뿐 아니라 볼트 축력의 감소를 야기시키므로 설계강도의 감소를 초래하는 것은 자명한 사실이지만 외국의 경우와 같이 구조적 안정을 위협하지 않는 범위 내에서 볼트구멍에 대한 규정에 유연성을 갖는 것도 시공성과 효율성에 긍정적인 요소가 될 것으로 기대된다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제10권9호
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• pp.2402-2408
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• 2009

고장력볼트를 이용한 강부재의 체결에서 모재 및 덮개판의 과대공으로 인한 단면결손이 체결부에서 내하력의 저하가 우려되어 정적 인장시험을 실시하였다. 인장시험을 통하여 구해진 체결부의 파단시 최대하중을 단면결손율 및 설계강도와 비교하여 체결부의 내하력 변화를 파악하였다. 이에 따르면 단면결손율이 클수록 강도저하율이 컸으며 특히, 모재의 단면결손이 덮개판의 단면결손보다 강도저하에 대한 영향이 훨씬 큰 것으로 나타났다. 모재 및 덮개판을 과대공으로 제작한 고장력볼트 체결부는 표준공의 경우보다 내하성능이 다소 저하되었지만 파단시의 최대인장강도는 설계파단강도보다 15%이상 크게 나타났다. 본 연구에서는 과대공으로 제작된 고장력볼트 체결부에서 내하력저하에 미치는 영향이 미미하므로 강부재의 체결시공에 있어 과대공의 허용은 경제성과 효율성의 고취에 기여할 수 있을 것으로 판단되었다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제13권6호통권58호
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• pp.97-105
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• 2009

본 연구에서는 대직경 고장력볼트 이음부의 안전성 및 경제성을 검토할 목적으로 F10T-M30 대직경 고장력볼트를 사용한 시험편을 대상으로 정적 인장시험을 실시하여 미끄러짐 특성을 평가하였다. 또한 유한요소해석을 실시하고 볼트의 강도등급 및 직경에 따른 소요볼트 개수를 산정하였다. 그 결과 M30 고장력볼트의 평균 미끄러짐 계수는 도로교설계기준의 기준인 0.4를 초과하며, M22 고장력볼트와 동등한 미끄러짐 성능을 확보하는 것으로 나타났다. 또한 고장력볼트의 강도등급 및 직경에 따른 경제성 분석을 실시한 결과, F10T-M22 고장력볼트를 기준으로 하여 F13T-M22 고장력볼트를 적용하면 소요볼트 개수가 21% 감소하며, F10T-M30 고장력볼트를 적용하면 46% 감소하는 것으로 나타나 고장력볼트의 대직 경화에 따른 경제성을 확인할 수 있었다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제72권5호
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• pp.557-568
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• 2019

Accurate modeling of contact interface in bolted joints is crucial in predicting the dynamic behavior for bolted assemblies under external load. This paper presents a contact pressure distribution based non-uniform virtual material method to describe the joint interface of assembly structure, which is connected by sparsely distributed multi-bolts. Firstly, the contact pressure distribution of bolted joints is obtained by the nonlinear static analysis in the finite element software ANSYS. The contact surface around bolt hole is divided into several sub-layers, and contact pressure in each sub-layer is thought to be evenly. Then, considering multi-asperity contact at the micro perspective, the relationship between contact pressure and interfacial virtual material parameters for each sub-layer is established by using the fractal contact theory. Finally, an experimental platform for the dynamic characteristics testing of a beam lap structure with double-bolted joint is constructed to validate the efficiency of proposed method. It is found that the theoretical results are in good agreement with experimental results by impact response in both time- and frequency-domain, and the relative errors of the first four natural frequencies are less than 1%. Furthermore, the presented model is used to examine the effect of rough contact surface on dynamic characteristics of bolted joint.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제23권3호
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• pp.377-384
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• 2011

최근에 국내의 건설현장에서는 공기단축과 시공성 향상을 위하여 구조분야에서 다양한 공법이 개발되고 있으며 HRC 공법도 그중 하나로서 주차장이나 사무소 건물에 적용이 가능하다. 이 공법은 구조적 효율성을 높이기 위하여 보의 중간에 겔버 조인트를 도입하고 있으며, 핀 접합부에는 공장에서 제작되는 HRC 복합보 내부에 스터드 볼트가 용접된 연결플레이트를 삽입하여 현장에서 철골보와 볼트접합이 가능하도록 하였다. 이 연구에서는 철골보와의 핀접합을 위해 HRC 복합보의 내부에 삽입된 연결플레이트와 콘크리트와의 일체성 확보를 검증하기 위하여 6개의 실험체에 대하여 연결플레이트의 길이와 높이, 플레이트에 용접되는 스터드 볼트의 수를 변수로 하여 실험을 실시하였다. 실험결과는 처짐과 철근의 변형도에 대하여 현행규준에 따라 비교하였다. 실험결과 주어진 하중의 범위 내에서 스터드 볼트가 용접된 연결플레이트와 철근콘크리트보는 일체성을 확보하고 있는 것으로 조사되었다.

• Composites Research
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• 제28권4호
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• pp.219-225
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• 2015

선박 분야에서 이산화탄소($CO_2$) 배출을 줄이고 연료 효율을 높이기 위한 방법의 하나로 항해하는 선박의 공기 저항을 줄이기 위한 에어 스포일러를 장착하는 방안이 검토될 수 있다. 본 연구에서는 대형 선박에 적용될 수 있는 복합재 에어 스포일러의 체결부를 설계하고, 이에 대한 정적, 피로강도를 평가하였다. 하중은 선박의 운항 중 발생하는 청파(Green Water Pressure) 0.1 MPa이 에어 스포일러에 수직하게 가해지는 것으로 가정하였다. 에어 스포일러는 유리섬유 면재에 발사 코어를 갖는 샌드위치 형태로 제작하였고, 여러 개의 샌드위치 패널이 셀(Cell) 형태로 강(Steel) 프레임에 볼트로 체결되는 것으로 가정하였다. 에어 스포일러와 프레임의 체결부는 베어링 파손을 가지도록 설계하고, 정적(베어링) 시험과 피로(4점 굽힘) 시험을 수행하였다. 시험 결과 개발된 에어 스포일러는 정해진 외부하중을 견딜 수 있는 충분한 안전여유를 갖는 것을 확인하였다. 개발된 에어 스포일러는 조만간 대형 상업용 선박에 적용될 예정이다.

• 한국도로학회논문집
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• 제8권1호
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• pp.33-43
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• 2006

신설포장에 시공되는 타이바의 경우에는 콘크리트 타설시 타이바가 슬래브 안에 묻히기 때문에 타이바의 정착강도가 문제되지 않으나, 확장시에는 기존 포장을 천공한 후 충전재를 주입하여 설치하기 때문에 타이바가 충분한 정착강도를 확보 할 수 있도록 설계해야 한다. 만일 삽입된 타이바가 충분한 정착강도를 확보하지 못한다면, 슬래브 간에 하중 전달에 문제가 생길 뿐만 아니라 줄눈 간격이 과도하게 벌어져서 사용성 및 내구성에도 나쁜 영향을 주게 된다. 본 연구에서는 현재 현장에서 설치하는 시공방법에 의해 타이바의 정착강도를 확인하고 이에 대한 대안을 제시 하고자 한다. 실험결과 현장 시공방법으로 설치된 타이바의 정착강도는 소요 정착강도의 42.7%에 불과하였다. 첫 번째 대안으로서 주입기를 이용하여 충전재를 주입하고 마개를 사용하여 충전재가 흘러 나오지 못하게 막는 방법의 경우에는 소요 정착강도를 충분히 만족 하였으나, 현장에서의 품질관리가 쉽지 않을 것으로 판단된다. 두 번째 대안으로 제시된 SL 앵커볼트를 이용하여 타이바를 설치하는 방법은 충분한 정착강도를 확보 할 수 있으며 품질관리 및 시공성이 용이 한 것으로 판단된다.